含有整体刚体位移杆件系统的几何非线性分析

许多杆件系统中，结构和机构共同存在。应用现有有限元理论很难分析这些杆件系统的几何非线性效应。该文引入多组坐标：总体坐标系、物体坐标系、单元坐标系、节点坐标系和截面坐标系，介绍了一种含刚体位移杆件系统几何非线性效应的共转坐标方法。该文假设梁单元交叉节点为刚性连接，即：节点坐标系和截面坐标系之间的坐标转换矩阵始终不变，明确了杆件结构中节点转动的概念。并且依据有限转动理论，推导出物体在单元坐标系和总体坐标系下的变形转换关系，有效的分解了物体的大转动、大变形效应。进而列出了大变形分析的非线性残量方程。另外，该文用多体系统动力学处理约束的方法，建立了具有复杂边界条件结构的增广约束方程。最后，给出4个算例，验证了所述方法的可行和正确性以及约束增广法处理约束的有效性。